LED灯具及控制装置绝缘电阻和电气强度试验要求

郭卫军 俞安琪

(国家电光源质量监督检验中心(上海)，国家灯具质量监督检验中心，上海时代之光照明电器检测有限公司，上海200233)

1 原理与一般要求

绝缘电阻和电气强度试验条款看似很简单，并且大部分行业内人士都认为对该条款能理解，但实际在操作执行中往往存在较多的错误现象。

首先应分清电气强度中的高压击穿与绝缘电阻和泄漏电流的不同之处。在电器使用中，其绝缘层会受到感性电器断、通时产生的高压脉冲冲击，也会受到触发脉冲和雷电感应脉冲的冲击，电气强度指标是为了考核绝缘层抗电击穿的能力，电击穿一般有两种情况，一种是电气间隙不够，在高压作用下发生空间击穿放电，此类击穿一般不会造成永久性的绝缘破坏。另一种击穿是绝缘介质被击穿，由于绝缘介质通常是有机物，当有机物被高压击穿后，击穿点处的绝缘物被高压放电所碳化，因此造成永久性的电绝缘被破坏。照明电器的高压击穿大部分为后者。在IEC标准中对一般电器电击穿的定义是在高压作用下，高压造成的电流≥100mA时才认为是电气强度不符合要求，而用电器一旦发生电击穿后一般是不可恢复的，并且是直接危及人身安全的。而绝缘电阻以及泄漏电流是考核在一定的电压作用下，透过绝缘物产生的漏电流，这一漏电流并不会使绝缘物失效。当这一漏电流较大时(按人的对电感觉灵敏性不同大约在0.5mA～5mA)，会使人产生麻电的感觉，这一漏电流是不会对健康人直接产生危害的，但如在高空作业时人会因为感到麻电而本能的躲闪，可能造成高空跌落伤害。另外，对某些心脏病人可能会产生明显的危害，因此要进行限制。大部分采用兆欧表测量绝缘电阻的方法来限制控制装置和灯具某些部位的漏电流，但是，要求在测量绝缘电阻时断开影响测量结果的电容和电感(见GB 7000.1标准10.2)，而用具有加权网络的泄漏电流仪来测量整个灯具的泄漏电流，整个灯具的泄漏电流的测量结果不仅包括了在电压作用下，透过绝缘物产生的漏电流，而且还包括了灯具的电容性感应产生的漏电流(见GB 7000.1标准10.3)。

了解上述的电气强度试验内涵后，我们还应注意IEC标准对照明电器电气强度的要求。在标准中所说的工作电压的含义是照明电器在工作时，包括正常状态和异常状态情况下任何接线端子间或接线端对地间产生的最大稳态有效值电压(不包括瞬态值)。由于照明行业的发展，目前已有较多的光源控制装置的输出端在工作状态或者是异常状态时按上述的要求检查，其工作电压完全可能超出输入电压(在标志项目中也要求标出光源控制装置的工作电压值)。因此，在进行电气强度试验时，对每一光源控制装置的试验电压2U+1000V中的U应按标称的工作电压来计算。

2 采用LED光源的灯具电气强度试验要求

采用LED光源的灯具电气强度试验大多比一般的灯具要复杂，按灯具内所用的控制装置不同以及灯具防触电分类的不同，基本可分成以下几个情况:

(1) 采用输出为安全特低电压(SELV)或隔离式控制装置的灯具

在进行绝缘电阻和电气强度试验时，首先应关注LED控制装置的标志。

图1所示的控制装置输出为隔离式安全特低电压(SELV)，所以其内部输入与输出间也一定采取了隔离措施。

图1 LED控制装置标志

对于采用此类LED控制装置的灯具，应按照GB 7000.1第10章表10.1和表10.2的要求进行如下试验。

图2是比较典型的采用LED光源的Ⅰ类灯具各电极示意图。

1) 因为输出端为SELV，所以输出端对安装表面及灯具金属外壳(大多情况这两者是同一电位连接在一起)的绝缘电阻应≥1MΩ，电气强度所施加的电压是500V/1min不击穿。

输出侧的不同极性之间试验只能把接线端子B上的控制装置和LED模块接线拆下后，在接线端子B上进行，绝缘电阻也应≥1MΩ。电气强度试验所施加的电压也是500V/1min。

图2 采用LED光源的I类灯具各电极示意图

2)因为输入端为非SELV，并且为Ⅰ类结构，所以输入端对安装表面及灯具金属外壳(大多情况两者为同一电位)应按基本绝缘考核，即绝缘电阻应≥2MΩ，电气强度所施加的电压应为(2Uin+1 000V)/1m in。

如果灯具内存在电源的开关S，则应在开关处于断开位置状态对L和N进行不同极性带电部件的绝缘电阻和电气强度试验。还应把接线端子A上的电源线和控制装置线拆除后，对接线端子A进行不同极性带电部件的绝缘电阻和电气强度试验。由于后两种情况都只需基本绝缘就能满足要求，所以试验限值和电压与本条第一种情况相同。

3) 从图2可看出，输入端子电极到人可触及的导电部件有两条可能的通道:

a) 人—灯具外壳(接地)—(基本绝缘)—输入电源端及有关线路

b) 人—输出端子—LED控制装置(双重或加强绝缘)—输入电源端及有关线路

注:因为当输出电压为SELV且负载电压≤25V时，输出端可外露，人可触及。

对于a) 通道，属于Ⅰ类结构，比较好理解，是属于基本绝缘加保护接地的形式。对于b)通道，因为输出端电压为SELV，且当负载电压≤25V时，输出端可外露，并且输出端无法实现保护接地，所以属Ⅰ类灯具中的局部Ⅱ类结构。这一通道中的加强绝缘是由LED控制装置内部的强化隔离来实现的，所以对此类灯具，应进行输入/输出间的绝缘电阻和电气强度试验，绝缘电阻应≥4MΩ，并进行4UIN+2750V的加强绝缘电气强度试验。

这里应注意，既使对于输出电压＞25V但仍属于SELV输出，因为输出端子对人可触及的灯具外壳，只要求1 MΩ的绝缘电阻且只进行500V的电气强度试验，这并不具备基本绝缘和附加绝缘的基本要求，所以其输入/输出间仍应按加强绝缘的要求进行绝缘电阻和电气强度试验。如果对于电器箱与光源腔分开的情况(光源腔为Ⅲ类)，LED控制装置内部更要具有强化隔离功能。

值得指出的是，在GB 7000.1标准10.2.2中指出，“对于既有加强绝缘又有双重绝缘的Ⅱ类灯具，应注意施加于加强绝缘的电压不应使基本绝缘或附加绝缘受到过高的电压。”我们知道，大多数高压仪的输出端都具有一个对地的高电位极和低电位极，并且其低电位极一般都接地(或与潮湿箱的机壳相连)，这时如果该灯具已进行完潮态处理，并在潮湿箱内，高压仪的高电位端出极输出的强化试验电压不管连接在输入端还是输出端，都将发生把强化电压直接强施加在基本绝缘上的情况。正确的做法是，把高压仪的对地低电位极与“地”连接切断，并确认高压仪内部也不存在该电极与地连接的情况，把两个输出电极直接引出施加到上述灯具的输入端与输出端。

4) 在LED控制电路中，如果输出端属于SELV，则其内部输入/输出间一定得符合强化隔离的要求，但输入/输出间属于隔离的，输出电压还一定满足SELV要求，对于这种情况，输出端对壳绝缘电阻应≥2MΩ并进行(2U+1000V)的电气强度试验。值得指出的是，千万不要以为灯具内LED控制装置输出端的输出电压都低于电源电压，为了提高转换效率且简化控制装置电路，有的LED控制装置的输出电压可达400V左右(100颗LED串联)，所以一定要关注隔离式非SELV控制装置的标志中有关输出电压的内容以确定U值，必要时可通过输出端开路来测量U的值来确定。

对于隔离式输出非SELV的控制装置，其输入/输出间只要求具有基本绝缘功能，即潮态绝缘电阻≥2MΩ，电气强度2U+1000V，只是要注意，这里的U应取Uin或Uout中较高的值。

(2) 采用自耦式(非隔离)LED控制装置的灯具

(3) 具有独立调光控制端子的照明电器的绝缘电阻和电气强度试验要求

在迄今为止的各类人造光源中，LED是最适合于在调光状态下工作的，其宽广的动态工作范围只要求控制流过其的工作电流就能方便地并且在不损害其寿命的前提下实现0～100%的调光。另外，LED也是各类人造光源中，唯一具有与控制电路配合且当输出功率减小时，寿命延长且光效反而升高的光源。

LED这种优良的调光特性，使人们都跃跃欲试地想尝试制造各种具有调光功能的LED控制装置来实现调光。但在调光LED控制装置的设计时，必须注意LED控制装置中控制电路与主电路的隔离绝缘问题。一般的具有调光功能的LED控制装置，在其控制端都采用一个低压直流电压源(一般为0～10V)来实现控制(外接一个调光电位器本质上也是利用控制装置的内部电路，实现调整直流电压来控制调光的功能)。科技的进步使人们都广泛采用电脑及相应的配套电路来实现调光的自动化(OL)，如果我们把LED控制装置的控制端直接连接到智能化的电脑控制网络端口就能实现既有舒适照明，又能自动节电的效果，但这一系统中，如果控制装置内部的电源电路和控制电路发生电连接或击穿，将会使电源电压“窜入”到电脑的低压控制系统中，这将严重危及人们的防触电安全性。为此，国际国内有关灯的控制装置标准中特别规定了“控制端子与电源电路之间起码具有基本绝缘，当控制端子声称能直接连接安全特低控制电压时(SELV)，则控制装置内控制电路与电源电路之间应具有强化绝缘功能”。这意味着，具有调光功能的LED的控制装置，其内部控制电路与电源电路之间在线路板上、元器件之间以及具有隔离作用的变压器内部的爬电距离、电气间隙、电气强度都要达到基本绝缘或加强绝缘的指标要求。在这一方面，采用光电隅合器和合适的隔离变压器是解决这一问题的较好方案。从这一点可以引申到，对于具有触摸开关和/或触摸调光的照明电器，其触摸点与照明电器内的电源电路之间也必须按加强绝缘的要求进行绝缘电阻和电气强度试验。

对于采用电源线载波输入控制信号方式或者采用各种日光、红外、声控等感应器的输入控制信号方式则不需要单独进行控制端子的绝缘电阻和电气强度试验。

3 对于高压仪的要求以及施加高压的要求

(1)对于高压仪的要求

对高压仪标准中规定，应在输出额定高电压时，保证有200mA的高压短路输出电流。这句话的含义是:当灯具中的控制装置的工作电压(U)最高为1000V时，2U+1000V的电压值应为3000V，4U+2750V的电压值应为6750V，要保证在3000V时具有200mA的输出电流则高压仪的输出功率应≥600VA，要保证在6750V时具有200mA的输出电流则高压仪的输出功率应≥1350VA，如果考虑到高压仪内为了显示击穿而在高压变压器输入或输出端串入的取样电阻阻抗，实际的高压仪内的变压器功率还应稍微加大，这样才能保证在试验时如发生少量的极间辉光放电，不会使输出高压有明显的跌落现象。还有，要求高压仪显示的高压值误差应≤3%，这样才能保证电气强度试验的准确性。当输出电流低于100mA时，过电流继电器不应跳闸，即高压造成电击穿电流≥100mA时才认为是电气强度不符合要求。

(2)施加高压的试验要求

在绝缘电阻的测量完成之后，立即对灯的控制装置进行电气强度试验。试验电压施加持续lmin。不会造成电压降的辉光放电可忽略不计。

试验电压为50Hz或60Hz正弦波电压，其值应与GB 7000.1表1所示之值相符。最初施加的电压不应超过规定值的1/2，然后，再将电压逐渐提高至规定值。

［1］GB 7000.1/IEC 60598－1灯具．第1部分:一般要求与试验

［2］GB 19510.14/IEC 61347－2－13灯的控制装置．第14部分:LED模块用直流或交流电子控制装置的特殊要求．